本发明专利技术提供一种沟槽型绝缘栅双极型晶体管（InsulatedGateBipolarTransistor，IGBT）及其制备方法，属于IGBT技术领域。该沟槽型IGBT包括集电极层、漂移层、发射极层、沟槽、以及形成于沟槽的栅介质层和栅电极，该沟槽中的栅电极的上表面被回刻蚀至低于所述基极层的上表面、以使所述发射极层可操作地被倾角式离子注入形成。因此，该制备方法中包括栅电极的回刻蚀步骤以及以所述栅电极为掩膜倾角式离子注入形成发射极层的步骤。采用该方法制备形成的沟槽型IGBT的导通电阻小，并能兼顾减低其芯片面积。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于绝缘栅双极型晶体管(InsulatedGate Bipolar Transistor, IGBT)
，涉及一种栅电极下沉的、倾斜式离子注入形成发射极层的IGBT及其制备方法。
技术介绍
IGBT是一种常见的功率型器件，其是大电流开关主流器件之一，广泛应用于高压大电流情况下，例如，应用于工作电压在1200V的情况下。图1所述为现有技术的穿通(Punch Through, PT)沟槽型IGBT的单元结构示意图。在该实施例中，PT沟槽型IGBT 100是在N-衬底上形成，N-衬底部分地用于形成漂移层140 ;在N-衬底的背面掺杂形成集电极层120，从集电极(Collector)层120的一面引出金属电极，即集电极电极110 ;集电极层120之上依次形成了缓冲层130和漂移层140，该缓冲层130和漂移层140为低N (N-)掺杂；在漂移层140的主表面上，形成P型的基极层151，P型的基极层151之上形成相对高掺杂的P+型的基极层152，P型的基极层151和P+型的基极层152共同组成基极层150 ;沟槽190通过构图刻蚀形成，其从基极层152的主表面穿过基极层152到达漂移层140中，即沟槽190被刻蚀至漂移层140中；沟槽190中形成栅电极192以及栅介质层191 ;同时在基极层152的主表面构图掺杂形成发射极(Emitter)层160，发射极层160与栅介质层191相邻地形成；层间介质层170覆盖于栅电极192之上并部分地露出发射极层160 ;发射极电极180构图形成并与发射极层160电性接触。图1中仅示出了其中一个IGBT单元的结构，本领域技术人员理解的是，在漂移层140上可以形成多个沟槽190、基极层150以及发射极层160，也即在同一衬底上可以形成多个IGBT单元。PT沟槽型IGBT 100的沟道长度Ldl由基极层150的深度和发射极层160在栅介质层191相邻处的深度决定。通过IGBT的饱和区电流计算公式可知，Ldl越长，导通电阻越大,导通电流越小。因此，考虑到导通电流的要求，需要将Leh设置为较小的长度；例如，在基极层150的深度被设置为5微米或5微米以上(由于IGBT工作于高电压、结深要求至少达到5微米)的情况下、要想达到2微米的沟道长度，现有技术中，在构图掺杂形成发射极层160时，发射极层160在栅介质层191相邻处的深度需达到3微米左右。因此，只能采用扩散系数较高的杂质磷来离子注入掺杂形成发射极层160 ;同时由于扩散系数较高，在发射极层160的纵向深度达到3微米时，其横向宽度也会达到2.4微米左右。但是，在PT沟槽型IGBT 100中，为了避免闩锁(Latch-up)效应，还要为基极区152设置足够的面积，因此，发射极层160的横向宽度会导致发射极层160的面积大大增加，进而导致PT沟槽型IGBT 100的面积增加，并且，发射极层160的面积过大还会导致关断时的漏电流增加。另外，采用扩散系数较低的砷(As)掺杂形成发射极层160时，虽然发射极层160的面积足够小，但是其深度也比较短(例如0.5微米)，沟道长度Ldl至少达到4.5微米，IGBT 100的导通电阻因此会急剧增加
技术实现思路
本专利技术的目的在于，降低沟槽型IGBT的导通电阻并减小其发射极层的面积。为实现以上目的或者其他目的，本专利技术提供以下技术方案: 按照本专利技术的一方面，提供一种沟槽型IGBT，其包括集电极层、漂移层、发射极层、沟槽、以及形成于沟槽的栅介质层和栅电极，所述沟槽中的栅电极的上表面被回刻蚀至低于所述基极层的上表面、以使所述发射极层可操作地被倾角式离子注入形成。按照本专利技术提供的沟槽型IGBT的一实施例，其还包括:形成于所述沟槽中的、位于所述栅电极之上的层间介质层； 其中，所述层间介质层的上表面以及栅介质层的上表面被回刻蚀至低于所述集电极层的上表面，所述层间介质层用于实现所述栅电极和发射极电极之间的绝缘隔离。较佳地，所述栅介质层被回刻蚀的高度是所述栅电极被回刻蚀的高度的40%至60%。较佳地,所述层间介质层为硼磷娃玻璃(Boro-phospho-silicate-glass, BPSG)。所述沟槽型IGBT可以为N沟道的沟槽IGBT ;较佳地，发射极层中被离子注入的掺杂元素为砷。按照本专利技术提供的沟槽型IGBT的较佳实施例，所述倾角相对于垂直于基极层表面的方向偏向所述沟槽的中央，所述倾角的角度范围为5°至20°。具体地，所述栅电极为多晶硅栅电极。较佳地，所述发射极层的掺杂浓度范围为IX IO14离子/cm3至IX IO15离子/cm3。较佳地，所述栅介质层为通过干法氧化形成的氧化层。按照本专利技术提供的沟槽型IGBT的较佳实施例，所述沟槽中的栅电极的上表面低于所述基极层的上表面2.5-3微米。较佳地，发射极层的宽度范围为0.3微米至0.6微米。按照本专利技术的又一方面，提供一种沟槽型IGBT的制备方法，其包括以下步骤: 提供用于形成漂移层的半导体衬底； 在所述漂移层上形成基极层； 构图刻蚀形成穿过所述基极层至所述漂移层中的沟槽； 在所述沟槽中形成栅介质层； 在所述沟槽中填充形成栅电极， 回刻蚀所述栅电极； 以所述栅电极为掩膜倾角式离子注入形成发射极层； 形成层间介质层以及发射极电极；以及 对所述半导体衬底的背面掺杂形成集电极层，并形成集电极电极。较佳地，所述半导体衬底的掺杂浓度范围可以为I X IO14离子/cm3至2X IO14离子/ 3/cm o较佳地，所述基极层通过两次离子注入形成；其中，一次离子注入用于形成相对低掺杂浓度的第一部分基极层，另一次离子注入用于形成相对高掺杂浓度的第二部分基极层。较佳地，形成栅介质层的步骤中，包括以下步骤: 湿法氧化形成形成牺牲氧化层； 刻蚀去除该牺牲氧化层；以及 干法氧化形成所述栅介质层。较佳地，回刻蚀的所述栅电极的高度范围基本为2.5-3微米。按照本专利技术提供的制备方法的一实施例，所述倾角相对于垂直于基极层表面的方向偏向所述沟槽的中央，所述倾角的角度范围为5°至20°。所述倾角的角度可以为20°。较佳地，通过两次所述倾角式离子注入形成所述沟槽两旁的发射极层。较佳地，所述发射极层中被离子注入的掺杂元素为砷。较佳地，形成层间介质层的步骤包括: 沉积层间介质层；以及 回刻蚀所述层间介质层和栅介质层、以使所述发射极层的上表面全部暴露。较佳地，所述栅介质层被回刻蚀的高度是所述栅电极被回刻蚀的高度的40%至60%。本专利技术的技术效果是，该沟槽型IGBT的栅电极采用下沉式结构，并结合采用倾角式离子注入形成发射极层，因此，发射极层的深度可以根据沟道长度要求得到保证，并且发射极层的宽度小，也即其横向面积小。因此，采用该方法制备形成的沟槽型IGBT的导通电阻小，并能兼顾减低其芯片面积。附图说明从结合附图的以下详细说明中，将会使本专利技术的上述和其他目的及优点更加完全清楚，其中，相同或相似的要素采用相同的标号表示。图1是现有技术的PT沟槽型IGBT的单元结构示意图。图2是按照本专利技术一实施例提供的制备沟槽型IGBT的方法流程示意图。图3至图13是对应于图2所示流程过程的结构变化示意图，其中，图13是按照图2所示方法形成的沟槽型IGBT 200的基本结构示意图。本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种沟槽型绝缘栅双极型晶体管，包括集电极层、漂移层、发射极层、沟槽、以及形成于沟槽的栅介质层和栅电极，其特征在于，所述沟槽中的栅电极的上表面被回刻蚀至低于所述基极层的上表面、以使所述发射极层可操作地被倾角式离子注入形成。
【技术特征摘要】
1.种沟槽型绝缘栅双极型晶体管，包括集电极层、漂移层、发射极层、沟槽、以及形成于沟槽的栅介质层和栅电极，其特征在于，所述沟槽中的栅电极的上表面被回刻蚀至低于所述基极层的上表面、以使所述发射极层可操作地被倾角式离子注入形成。2.按权利要求1所述的沟槽型绝缘栅双极型晶体管，其特征在于，还包括:形成于所述沟槽中的、位于所述栅电极之上的层间介质层； 其中，所述层间介质层的上表面以及栅介质层的上表面被回刻蚀至低于所述基极层的上表面，所述层间介质层用于实现所述栅电极和发射极电极之间的绝缘隔离。3.按权利要求2所述的沟槽型绝缘栅双极型晶体管，所述栅介质层被回刻蚀的高度是所述栅电极被回刻蚀的高度的40%至60%。4.按权利要求2所述的沟槽型绝缘栅双极型晶体管，其特征在于，所述层间介质层为硼磷硅玻璃。5.按权利要求1所述的沟槽型绝缘栅双极型晶体管，其特征在于，所述沟槽型绝缘栅双极型晶体管为N沟道的沟槽型绝缘栅双极型晶体管。6.按权利要求5所述的沟槽型绝缘栅双极型晶体管，其特征在于，发射极层中被离子注入的掺杂元素为砷。7.按权利要求1所述的沟槽型绝缘栅双极型晶体管，其特征在于，所述倾角相对于垂直于基极层表面的方向偏向所述沟槽的中央，所述倾角的角度范围为5°至20°。8.按权利要求1所述的沟槽型绝缘栅双极型晶体管，其特征在于，所述栅电极为多晶娃栅电极。9.按权利要求1所述的沟槽型绝缘栅双极型晶体管，其特征在于，所述发射极层的掺杂浓度范围为1 X 1O14离子/cm3至1 X 1O15离子/cm3。10.按权利要求1所述的沟槽型绝缘栅双极型晶体管，其特征在于，所述栅介质层为通过干法氧化形成的氧化层。11.按权利要求1所述的沟槽型绝缘栅双极型晶体管，其特征在于，所述沟槽中的栅电极的上表面低于所述基极层的上表面2.5-3微米。12.按权利要求1所述的沟槽型绝缘栅双极型晶体管，其特征在于，所述发射极层的宽度范围为0.5微米至0.6微米。13.一种沟槽...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘少鹏，
申请(专利权)人：无锡华润上华半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：
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